锻造铝合金轮毂的工艺特点及检测方法

锻造是利用锻压机械对铝合金坯料进行施加压力使其变形，获得具有一定形状和尺寸、一定机械性能的加工方法。锻造铝合金轮毂(gǔ)具有外形美观、动平衡好、圆度高、散热快等优点。近年来受到汽车行业的青睐，尤其是近几年随着油价的上涨，轻量化汽车成为世界许多国家研究的热点，尤其一些发达国家都在节能减排上下功夫，在这种情况下铝合金轮毂以其优良的性能被广泛地应用在汽车上并逐渐取代以往的铁轮毂。但是，锻造铝合金轮毂在生产过程由于施工原因也会出现各种缺陷，因此，在生产过程中严格施工设计的同时，要严格遵守操作规程，了解掌握锻造工艺，在缺陷问题形成前加以质量控制，提高锻造铝合金轮毂的产品质量。

1 锻造铝合金轮毂的特点

铝合金轮圈密度小，强度高，且耐腐蚀、容易加工，而铝合金最大的优势就是资源丰富，正是由于这些优点，使得铝合金材料广泛地应用在现代工业中。锻造工艺应用于铝合金材料，能够将材料的组织和性能大大改善，而且遇到合适的条件能够将内部孔隙关闭，材料的致密度大大增加。锻造铝合金的特点主要归纳为以下六方面：

1.1 可锻性较好

锻造铝合金的热塑性较好，生产过程中由于铝块经过不断冲压，分子结构紧密。虽然在锻造过程中消耗大量的能力，比低碳钢大约多消耗了35%的能力，但是力学性能很好，可锻性较佳。

1.2 导热性较好

众所周知，铝合金导热性极好，能够进行均匀受热，且内应力较小，因此可以进行较快的加热。铝合金轮圈相比钢制轮圈能够更快地将热量传导到空气中，这样在行车过程中增加了安全系数。

1.3 坚固耐用

和钢圈相比，锻造式铝合金轮毂结构紧密，金属分子摆放的严密，耐性就越高，在抗冲击性、抗张力、承载性、抵抗变形等方面有着较大的优势，因此广泛应用于现代工业中如国防工业、航空工业等领域。

1.4 锻造温度范围方面

对于锻造铝合金的温度是有着严格规定的，一般情况下，540℃～570℃的范围较佳。

1.5 流动性特性

铝合金材料质地较软，且外摩擦系数偏大，因此，其内部流动性能不佳，在模锻时成形比较困难。

1.6 美观

铝合金轮毂在设计上可以配备各种颜色和光泽，普通钢圈因生产工艺的限制，形式及颜色缺乏变化单调呆板，因而铝合金轮毂的使用不仅使得汽车有高贵的品质，同时又有美感气氛。

2 锻造铝合金的工艺过程及缺陷分析

锻造铝合金轮毂的生产工艺过程主要为：棒料切割、坯料加热、坯料初锻、坯料终锻、毛坯旋压成型等步骤。锻造用铝合金轮毂，其组织纤维分布对抗疲劳极限有影响。通过大量的数据分析发现，锻造铝合金轮毂表层往往是最容易发生缺陷的地方，大多是在组织纤维伸出的地方。从微观角度来讲，这些地方本身就是缺陷的所在，也是极易发生应力集中的地方，遇到交变载荷的情况，这些地方就很可能出现疲劳裂纹。因此铝合金在锻造过程中会出现以下七种缺陷：

2.1 折叠

锻造铝合金轮毂成为废品的最主要原因就是折叠。据统计，在所有的成为废品的锻造铝合金轮毂中，将近75%的原因都是由于折叠。而折叠出现也是有原因的，如锻件的形状变化大、内部组织的运动轨迹复杂、锻造时不符合操作规程、预制坯和预锻模具设计不合理、压力施加速度不当等。依据多年的经验数据显示，大调机生产阶段最容易发生折叠现象。

2.2 裂纹

锻造铝合金轮毂的表面和内部都很容易出现裂纹。如果对材料的加热温度达不到要求或者保温时间不够长，那么很容易发生过大的变形，不仅不能消除锻造过程中产生的折叠现象和弯曲现象，很有可能在材料的表面或内部产生更多的裂纹。发生裂纹现象的最重要原因是在材料的内部的氧化物夹渣造成。

2.3 锻件中心疏松

在操作中防止疏松的措施就是增加锻造比。

2.4 过烧现象

在生产过程中铝合金的锻造温度范围相当小，特别是淬火温度接近合金的共晶熔化温度就会发生过烧，如果再次锻压就会发生裂纹。在实际生产过程中，如果铝合金出现过烧，对其回炉加热只能进行一次，特别需要注意的是，对过烧铝合金材料必须要和正常的材料分开放置，防止不合格产品流入市场。

2.5 大晶粒

在锻造铝轮毂的表面、锻件变形程度小而尺寸较大的部位和变形程度大的区域以及飞边区附近，锻铝和硬铝很容易产生粗大晶粒。

2.6 粘膜、起皮

铝合金材料的质地较为柔软，且摩擦系数偏大，使得铝合金轮毂很容易发生起皮现象，严重时甚至会导致无法生产。

2.7 流线不顺、涡流和穿流

这种缺陷的造成原因同折叠现在的成因基本是一样的，主要是因为内部纤维组织的流向复杂紊乱造成的，虽然有些部分确实是流向复杂紊乱，但是却不至于一定会发生折叠现象。材料的抗腐蚀性、疲劳强度会有所降低。

3 锻造铝合金轮毂缺陷的检测方法分析

锻件的质量检验由零件内部和外观质量检验两部分组成。内部质量检验有化学成分、力学性能、冲击强度、宏观、微观组织检验法及无损检测法。外部质量检验主要是外观。包括锻件的表面状况、几何尺寸、形状等项目的检验属于非破坏性的检验，用目测或低倍放大镜进行检查或无损探伤的方法。为了保证或提高锻件的质量，应对锻件进行必要的质量检验。防止缺陷的锻件流入后续工序。主要有以下四种检测方法：

3.1 目测法

目测法是现场检测铝合金轮毂表面缺陷的最直接、最简单的方法，目测的检测方法可以发现由于折叠产生的较大裂纹。这些能够目测出来的裂纹长度能达到30多毫米，特别是锻造生产线调机下线的最初产品，可以说每件都会产生折叠缺陷，不过当流水线生产经过磨合后，就会大幅度减少折叠缺陷的发生。

3.2 超声波探伤检测法

超声波检测方法是近些年来最新应用在锻造铝合金轮毂缺陷检测方面的方法，即通过超声波在介质中的振动检测锻件内部缺陷如夹渣、裂纹、缩孔等，该方法能够将零件的表面缺陷和内部缺陷全部检测出来，操作方便、经济实用。

3.3 涡流探伤检测法

用以检查轮毂的表面或近表面的缺陷的检测方法。在实际工作中涡流检测不能详细描述地给出轮毂的表面缺陷问题，只是一种近似的对比行为。因此需要对检测结果进行分析。采取恰当的措施来改进和提高锻件质量。

3.4 荧光渗透探伤检测法

此种检测方法一般用在锻造铝合金轮毂的加工过程之后，渗透检测的检测基础是毛细作用原理，在金属表面微小缺口检测、细小裂纹检测方面应用较多。具体进行检测时，是在零件的表面涂抹一层溶有荧光染料的渗透液，微小裂纹都能够显示出来。等待其进行干燥后喷上一层显像剂，此时，渗透在微小缺陷中的渗透液重新吸附到轮载表面，缺陷情况就会很清楚的显现出来。

4 结语

锻造铝合金轮毂是我国目前应用广泛的合金品种，因其具有散热性能好，不宜爆胎的优点，被汽车行业所青睐。锻造铝合金在轮毂的应用上目前还属于起步阶段，由于工艺方法不当或生产过程某一环节失误，都会产生缺陷。分析锻造铝合金轮毂的质量缺陷及其检测方法，对试验检测结果进行综合分析研究，或在问题形成初期加以质量控制，找出产生质量问题的真正原因，对铝合金轮毂的工艺改进及产品质量的提高具有重要的意义。